(57)【要約】【課題】海面や地表面などのクラッタ電力が非常に大きく、信号対クラッタ電力比が低い場合にも、目標の検出性能を向上させることのできるレーダ装置を得る。【解決手段】送受信アンテナの指向角度をエレベーション方向に制御する制御装置と、受信信号をパルス圧縮処理して送受信アンテナの指向角度と対応付けて記憶部に記憶させるレンジ圧縮手段と、推定されたレーダ高度と指向方向と事前に計測したアンテナパターンとに基づいてクラッタ照射パターンを算出するクラッタ照射パターン算出手段と、クラッタ散乱断面積を推定するクラッタ散乱断面積推定手段と、推定されたクラッタ散乱断面積を用いて、記憶部に蓄積されたパルス圧縮処理後の受信信号に対してクラッタ電力を抑圧したクラッタ抑圧信号を算出するクラッタ抑圧手段と、クラッタ抑圧信号の中から目標を検出する目標検出手段とを備える。【選択図】図４
2005326228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送受信アンテナを介して広帯域パルス信号を送信し、その反射波を受信信号として受信し、前記受信信号に基づいて目標を検出するレーダ装置であって、
位置情報の入力に基づいてレーダ高度を推定するレーダ高度推定手段と、
送受信アンテナの指向角度と受信信号とを対応付けて蓄積する記憶部と、
前記送受信アンテナのアンテナパターンの指向角度をエレベーション方向に制御する制御装置と、
前記送受信アンテナを介して受信した前記受信信号をパルス圧縮処理し、パルス圧縮処理後の受信信号を前記制御装置から受信した前記指向角度の情報と対応付けて前記記憶部に記憶させるレンジ圧縮手段と、
推定された前記レーダ高度と、前記制御装置からの前記指向角度の情報と、事前に計測した前記送受信アンテナのアンテナパターンとに基づいて、クラッタ照射パターンを算出するクラッタ照射パターン算出手段と、
算出された前記クラッタ照射パターンと、前記記憶部に蓄積されたそれぞれの指向角度に対応するパルス圧縮処理後の受信信号とから、それぞれの受信信号におけるクラッタ散乱断面積を推定するクラッタ散乱断面積推定手段と、
推定された前記クラッタ散乱断面積を用いて、前記記憶部に蓄積されたそれぞれのパルス圧縮処理後の受信信号に対してクラッタ電力を抑圧したクラッタ抑圧信号を算出するクラッタ抑圧手段と、
算出された前記クラッタ抑圧信号の中から目標を検出する目標検出手段と
を備えることを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーダ装置において、
前記送受信アンテナは、円偏波アンテナであることを特徴とするレーダ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のレーダ装置において、
前記送受信アンテナは、偏波特性が直交する第１偏波送受信アンテナ及び第２偏波送受信アンテナであり、
前記第１偏波送受信アンテナ及び前記第２偏波送受信アンテナの切換を行う偏波切換器をさらに備え、
前記制御装置は、前記第１偏波送受信アンテナ及び前記第２偏波送受信アンテナのそれぞれの指向角度をエレベーション方向に制御し、
前記レンジ圧縮手段は、第１偏波送受信アンテナ及び第２偏波送受信アンテナから送信されたそれぞれの偏波に対して、前記第１偏波送受信アンテナ及び前記偏波切換器を介して受信した受信信号をパルス圧縮処理し、パルス圧縮処理後の受信信号を前記制御装置から受信した前記第１偏波送受信アンテナの指向角度の情報と対応付けて前記記憶部に記憶させるとともに、第１偏波送受信アンテナ及び第２偏波送受信アンテナから送信されたそれぞれの偏波に対して、前記第２偏波送受信アンテナ及び前記偏波切換器を介して受信した受信信号をパルス圧縮処理し、パルス圧縮処理後の受信信号を前記制御装置から受信した前記第２偏波送受信アンテナの指向角度の情報と対応付けて前記記憶部に記憶させ、
前記クラッタ散乱断面積推定手段は、算出された前記クラッタ照射パターンと、前記記憶部に蓄積された前記第１偏波送受信アンテナの指向角度及び前記第２偏波送受信アンテナの指向角度に対応するそれぞれのパルス圧縮後の受信信号とから、それぞれの受信信号におけるクラッタ散乱断面積を推定するとともに、偏波特性をさらに推定し、
前記クラッタ抑圧手段は、推定された前記クラッタ散乱断面積及び前記偏波特性を用いて、前記記憶部に蓄積されたそれぞれの受信信号に対してクラッタ電力を抑圧したクラッタ抑圧信号を算出する
ことを特徴とするレーダ装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のレーダ装置において、
前記レーダ高度推定手段は、位置情報の入力をレーダ高度の初期値とし、前記記憶部に蓄積されたそれぞれの指向角度に対応するそれぞれの受信信号に基づいてレーダ高度を推定することを特徴とするレーダ装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のレーダ装置において、
前記クラッタ抑圧手段により算出された前記クラッタ抑圧信号を、受信信号の指向角度、及び送受信アンテナから目標までの距離の２次元配列として算出し、さらに、前記２次元配列に基づいて水平方向の距離及び鉛直方向の距離の２次元配列に変換する水平鉛直画像生成手段と、
前記水平鉛直画像生成手段で変換された水平方向の距離及び鉛直方向の距離の２次元配列を表示する表示手段と
をさらに備えたことを特徴とするレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ装置及び信号処理の分野に関するものであり、特に高仰角から海面上あるいは地上に存在する目標を検出するレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機に搭載したレーダ装置において、既知のレーダ高度、ビームの指向方向、アンテナパターンの情報を用いて、海面におけるビームの照射面積を計算し、この計算結果に基づいて各レンジにおけるゲインの大きさを調整するように構成して、海面クラッタを抑圧し、目標の視認性を向上する方式がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この方式では、既知のレーダ高度、ビームの指向方向、アンテナパターンによって決まる係数を受信電力に掛け合わせて、海面クラッタ電力を画面上でできるだけ一定になるように調整して表示することにより、目標の視認性を向上させることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１０７１４７号公報（第１頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術には次のような課題がある。従来の技術は上述のとおり、本質的には、信号とクラッタとの電力比を向上させるものではないため、高仰角から観測した場合などのように、海面や地表面などのクラッタ電力が非常に大きく、信号対クラッタ電力比（ＳＣＲ：Signal to Clutter Power Ratio）が低い場合には、目標の検出確率を十分に向上させることができない。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、海面や地表面などのクラッタ電力が非常に大きく、信号対クラッタ電力比が低い場合にも、目標の検出性能を向上させることのできるレーダ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るレーダ装置は、送受信アンテナを介して広帯域パルス信号を送信し、その反射波を受信信号として受信し、受信信号に基づいて目標を検出するレーダ装置であって、位置情報の入力に基づいてレーダ高度を推定するレーダ高度推定手段と、送受信アンテナの指向角度と受信信号とを対応付けて蓄積する記憶部と、送受信アンテナのアンテナパターンの指向角度をエレベーション方向に制御する制御装置と、送受信アンテナを介して受信した受信信号をパルス圧縮処理し、パルス圧縮処理後の受信信号を制御装置から受信した指向角度の情報と対応付けて記憶部に記憶させるレンジ圧縮手段と、推定されたレーダ高度と、制御装置からの指向角度の情報と、事前に計測した送受信アンテナのアンテナパターンとに基づいて、クラッタ照射パターンを算出するクラッタ照射パターン算出手段と、算出されたクラッタ照射パターンと、記憶部に蓄積されたそれぞれの指向角度に対応するパルス圧縮処理後の受信信号とから、それぞれの受信信号におけるクラッタ散乱断面積を推定するクラッタ散乱断面積推定手段と、推定されたクラッタ散乱断面積を用いて、記憶部に蓄積されたそれぞれのパルス圧縮処理後の受信信号に対してクラッタ電力を抑圧したクラッタ抑圧信号を算出するクラッタ抑圧手段と、算出されたクラッタ抑圧信号の中から目標を検出する目標検出手段とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ビームをエレベーション方向に走査することによって散乱点の高度を分離することにより海面高度よりも高い位置にある散乱点を検出することができ、さらに、既知のレーダ高度から海面クラッタのレンジを推定して海面クラッタの成分を抑圧した信号に基づいて目標の検出を行うことができ、海面や地表面などのクラッタ電力が非常に大きく、信号対クラッタ電力比が低い場合にも、目標の検出性能を向上させることのできるレーダ装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明のレーダ装置の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。本発明は、航空機などに搭載したレーダ装置を用いて、高仰角から海面を観測して海面に存在する艦船を検出する場合に特に有用であり、以下の実施の形態においては、この場合について詳細に説明する。しかし、プラットフォームは、航空機に限定されるものではなく、観測域も海面に限るものではない。
【００１０】
実施の形態１．
まず始めに、航空機などに搭載したレーダで洋上の艦船を検出する場合の観測方法及び基本原理について、図１〜図３を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１におけるレーダ装置の観測方法及び基本原理の説明図である。
【００１１】
図１において、航空機１は、レーダ装置２を搭載し、海面３の上空を飛行している。これに対して、検出対象である艦船４は、海面３の上に浮かんでいる。散乱点５は、艦船４上に存在し、レーダ装置２からの電波を散乱する点の一つである。海面上の点６は、レーダ装置２からの距離が、レーダ装置２から散乱点５までの距離と等距離にある海面上の点である。海面上の点７は、レーダ装置２の鉛直方向直下の海面上の点である。海面上の点８は、散乱点５の鉛直方向直下の海面上の点である。また、アンテナパターン９は、レーダ装置２から送信される電波のアンテナパターンを示している。
【００１２】
オフナディア角が小さい場合（すなわち、俯角が大きい場合）には、検出対象である艦船４からの反射波は、海面クラッタに埋もれてしまい、検出が困難となる。ただし、艦船４上の散乱点５は、海面３の高度よりも少なからず高い位置に存在することを想定する。本発明における目標検出の基本原理は、この点に着目し、送信ビームをエレベーション方向に走査して、種々の散乱点を高度に応じて分離することにより、海面高度よりも高い位置にある散乱点を検出する。
【００１３】
エレベーション方向のビーム幅は、本実施の形態１における目標検出方式の性能を決する主要な要因である。すなわち、エレベーション方向のビーム幅が充分に狭い場合には、目標の散乱点は、エレベーション角によって比較的容易に海面クラッタと分離して検出することができる。しかし、エレベーション方向のビーム幅が充分に狭くない場合には、エレベーション角のみによって目標の散乱点を識別することが困難となり、目標の散乱点をより正確に検出するためには、クラッタの抑圧が必要となる。
【００１４】
そこで、本実施の形態１では、既知のレーダ高度から海面クラッタのレンジを推定し、この推定結果に基づいて海面クラッタの成分を抑圧することによって、エレベーション方向のビーム幅が不十分である場合にも、目標の検出を可能にする方式を与える。
【００１５】
図１におけるレーダ装置２、散乱点５、及びその他の点の位置関係は、次のように規定される。航空機１に搭載したレーダ装置２は、海面３から高度Ｈであり、海面３に浮かぶ艦船４上に存在する散乱点５は、海面３から高度ｈであるとする。また、レーダ装置２から散乱点５までの距離（スラントレンジ）をｒ、レーダ装置２の鉛直方向直下の海面上の点７から、散乱点５の鉛直方向直下の海面上の点８までの距離（グランドレンジ）をＲとする。
【００１６】
さらに、海面上の点６は、レーダ装置２からの距離が、レーダ装置２から散乱点５までの距離ｒと等しい海面上の点とする。したがって、海面上の点６からの反射波と散乱点５からの反射波は、ともに等レンジの信号として観測される。しかし、それぞれの反射波の到来角度は異なることとなり、この到来角度差をΔθとする。また、海面上の点８とレーダ装置２とを結ぶ直線が鉛直線となす角をθ、ビームの中心の方向が鉛直線となす角（オフナディア角）をθＯとする。
【００１７】
レーダのエレベーション方向のビーム幅がΔθよりも充分に細い場合には、艦船４上の散乱点５からの到来波と、海面上の点６からの到来波とは、送信ビームをエレベーション方向に操作することにより、容易に分離されることとなる。
【００１８】
そこで、まず始めに、散乱点５からの到来波と海面上の点６からの到来波との到来角度差Δθの大きさを見積もる。散乱点５の鉛直方向直下の海面上の点８とレーダ装置２とを結ぶ直線が鉛直線となす角をθとすると、到来角度差Δθは、レーダ装置２の高度Ｈ、散乱点５の高度ｈ、及び角θの関数として表すことができ、次式（１）の関係を満たす。
【００１９】
【数１】
2005326228.tif 000003
【００２０】
図２は、本発明の実施の形態１において角θをパラメータとしたときの到来角度差Δθと高度ｈとの関係を示した図であり、上式（１）の関係をグラフ化したものである。具体的には、散乱点５の高度ｈを横軸とし、散乱点５からの到来波と海面上の点６からの到来波との到来角度差Δθを縦軸として、４種類の角θの値をパラメータとして、上式（１）の関数をグラフ化したものである。
【００２１】
パラメータである角θは、θ＝１０°、１５°、２０°、２５°の４種であり、それぞれ実線、点線、一点鎖線、破線として図２の中に示されている。また、レーダ装置２の高度Ｈは、Ｈ＝２０００ｍに固定した場合を示している。なお、図２においては、角θ＝１０°における線が途中で切れている。これは、目標の高度ｈがある値を越えると、レーダの位置を中心として、散乱点５までの距離を半径とする円が海面３と交わらない（すなわち、「レーダ装置２からの距離が、レーダ装置２から散乱点５までの距離と等距離にある海面上の点６」が存在しない）ため、データが存在しないことを意味している。
【００２２】
図２より、θ＝２０°の場合は、例えば、散乱点５の高度ｈが２０ｍのとき、到来角度差Δθは約２°である。したがって、エレベーション方向のビーム幅が２°よりも充分細い場合は、エレベーション方向の到来角度差によって、散乱点５と海面クラッタとを容易に分離できる。しかし、エレベーション方向のビーム幅が２°以上である場合は、エレベーション方向の到来角度差によって、散乱点５と海面クラッタとを分離することはできず、クラッタ抑圧の処理が必要となる。
【００２３】
このような関係を踏まえ、目標検出の具体的な手順について、次に説明する。ビーム中心方向が海面と交わる点と、レーダ装置２との間の距離ｒＯは、オフナディア角θＯと高度Ｈを用いて次式（３）によって表される。
【００２４】
【数２】
2005326228.tif 000004
【００２５】
ここで、ｒｏは、オフナディア角θＯにおける海面のクラッタ電力のピークのレンジに相当する。艦船４上の散乱点５の高度ｈが０より大きい場合に、この散乱点５からの反射電力のピークのレンジｒは、次式（４）を満たす。
【００２６】
【数３】
2005326228.tif 000005
【００２７】
レーダ装置２の高度Ｈとオフナディア角θＯが既知であれば、それぞれのオフナディア角θＯに対して、海面のメインローブクラッタのピークが発生するレンジｒｏを、式（３）を用いてあらかじめ計算しておくことが可能である。そこで、種々のオフナディア角θＯにおける受信信号のピークを検出し、このピークのレンジｒが式（４）を満たす場合に、目標の信号と判定することができる。
【００２８】
また、受信信号のうち式（４）を満たすレンジｒが複数のオフナディア角θＯに対して求まった場合には、その中からピークの検出を行い、検出されたピークを目標の信号と判定することができる。
【００２９】
しかし、エレベーション方向のビーム幅を充分に細くできない場合には、散乱点５を海面クラッタからエレベーション方向に分離することは困難であり、そのままの受信信号に対して上式（４）を用いて目標の判定をすることができない。このような場合には、既知のレーダ高度から海面クラッタのレンジを推定し、海面クラッタを抑圧する必要がある。
【００３０】
本発明においては、次の方式により海面クラッタの抑圧を行っている。すなわち、アンテナパターン、レーダの高度、及びビーム中心のオフナディア角が既知であれば、海面におけるビームの照射パターンを計算することができる。そこで、計算で求めた照射パターンを、受信信号である観測値に最小二乗フィッティングして差し引くことによって、海面クラッタ成分の抑圧を行うものである。このクラッタ抑圧方式の詳細について、次に説明する。
【００３１】
図３は、本発明の実施の形態１におけるアンテナパターン、レンジ分解能、及びクラッタ照射面積の関係を示した説明図である。図３において、鉛直方向アンテナパターン１１は、アンテナパターン９を鉛直方向上側から見たパターンを示している。また、水平方向アンテナパターン１２は、同じアンテナパターン９を水平方向横側から見たパターンを示している。
【００３２】
ここでは、一例として、送受信アンテナ１６のゲインＧ（ψ、φ）のパターンが、次式（５）のｓｉｎｃ関数型で表されるものとする。ただし、このアンテナパターンは、ｓｉｎｃ関数型に限るものではなく、任意のパターンで、同様の処理を実施できることは明らかである。
【００３３】
【数４】
2005326228.tif 000006
【００３４】
ここで、Ｇ０はビーム中心方向のアンテナゲイン、ψとφはそれぞれアンテナのビーム中心方向からのエレベーション方向、アジマス方向の角度を表す。また、ΨとΦは、それぞれエレベーション方向、アジマス方向の４ｄＢビーム幅である。鉛直方向アンテナパターン１１に対するφとΦの関係、及び水平方向アンテナパターン１２に対するψとΨの関係が、図３にそれぞれ示されている。
【００３５】
さらに、照射範囲１３は、あるオフナディア角θＯのときにビームが海面３を照射する範囲（フットプリント）を示したものである。種々のオフナディア角θＯによって、海面３上の照射範囲１３の位置は異なる。そこで、種々のオフナディア角θＯに対する照射範囲１３をカバーできる海面３上の位置を、あらかじめ１〜Ｎのレンジセルに分割しておくこととする。
【００３６】
この分割は、レーダ装置２から海面３上の散乱点までの距離（スラントレンジ）をレンジ分解能Δｒずつ変化させることにより、海面３を仮想的にＮ分割したものであり、高度Ｈ及び種々のオフナディア角θＯからあらかじめ定めることができる。図３における照射範囲１３は、ｎ−１からｎ＋３までのレンジセルに照射範囲１３がある状態を示している。
【００３７】
１〜Ｎの各レンジセルに分割された海面３上のそれぞれの点と、レーダ装置２とを結ぶ直線が鉛直線となす角をθｎとして表すこととする。さらに、それぞれのθｎに対するスラントレンジをｒｎ（ｎ＝1、２、・・・、Ｎ）として表すこととする。また、以下の説明において、ｎ＝１、２、・・・、Ｎはレンジ番号、Ｎはレンジセル数、分割されたそれぞれの範囲を各レンジセルｎ（ｎ＝１、２、・・・、Ｎ）と呼ぶ。
【００３８】
照射範囲１３を分割した各レンジセルｎ（ｎ＝１、２、・・・、Ｎ）毎の散乱断面積σｎと散乱係数σ0ｎは、次式（６）で関係付けられる。
【００３９】
【数５】
2005326228.tif 000007
【００４０】
ただし、Ａｎはｎ番目のレンジセルのクラッタ照射面を表すものであり、この関係が図３の照射範囲１３内に示されている。散乱断面積σｎは、散乱係数σ0ｎに実効的な照射面積をかけたものであるから、次式（７）の関係が成り立つ。
【００４１】
【数６】
2005326228.tif 000008
【００４２】
ここで、Ａ'ｎは、アンテナパターンで重みづけして得られる実効的な照射面積であり、以下の説明において、これを海面におけるビームの照射パターンと呼ぶ。Ａ'ｎは、オフナディア角θＯの関数であり、以下の説明においては、明示的にＡ'ｎ（θＯ）と表記する。このＡ'ｎ（θＯ）は、下式（８）の関係が成り立つ。
【００４３】
【数７】
2005326228.tif 000009
【００４４】
ただし、Ｈはレーダの高度であり、ｒは次式（９）の関係を満たす。
【００４５】
【数８】
2005326228.tif 000010
【００４６】
また、関数Ｓｉ（ｘ）は次式（１０）で定義される。
【００４７】
【数９】
2005326228.tif 000011
【００４８】
したがって、事前の測定により、レーダ装置２の高度Ｈ及びビーム中心のオフナディア角θＯが既知であるとすると、クラッタの照射パターンは、上式（８）によって求めることができる。
【００４９】
エレベーション方向にビームを走査して、Ｍ通りのオフナディア角θＯｍ（ｍ＝１、２、・・・・、Ｍ）においてパルスの送受信を行う。ここで、オフナディア角θＯｍ、スラントレンジｒｎ（ｎ＝１、２、・・・、Ｎ；Ｎはレンジセル数）のレンジセルにおける受信信号をＸｎ（θＯｍ）と表す。
【００５０】
まず、既知である（あるいは事前に推定した）レーダ高度Ｈ及びオフナディア角θＯｍから、クラッタの照射パターンＡ'ｎ（θＯｍ）を式（８）によって求める。
【００５１】
次に、次式（１１）によってｎ番目のレンジセルにおける単位面積当りのクラッタ散乱断面積ｓｎの大きさを推定する。
【００５２】
【数１０】
2005326228.tif 000012
【００５３】
ここで、式（１１）左辺のｓｎの上の記号「＾」は、その値が推定値であることを示す。このようにして推定された単位面積当りのクラッタ散乱断面積ｓｎの値を用いて、次式（１３）によってクラッタ電力を抑圧し、クラッタ抑圧後の信号としてクラッタ抑圧信号Ｙｎ（θＯｍ）を求める。
【００５４】
【数１１】
2005326228.tif 000013
【００５５】
式（１３）は、推定されたクラッタ成分を受信信号から除去する処理であり、クラッタ抑圧信号Ｙｎ（θＯｍ）においては、ＳＣＲが向上し、その結果、目標検出確率が向上する。
【００５６】
以上の原理を踏まえ、本実施の形態１におけるレーダ装置の構成及び動作について説明する。図４は、本発明の実施の形態１におけるレーダ装置の構成図である。
【００５７】
送信機１４は、広帯域パルスとしてパルス信号を生成すると、送受切換器１５を介して送受信アンテナ１６を駆動させることにより、そのパルス信号を送受信アンテナ１６から空間に放射させる。このとき制御装置１７は、ビーム中心の方向を所望の方向に向けるように送受信アンテナ１６のアンテナパターンの指向方向を制御する。
【００５８】
例えば、送受信アンテナ１６がアレイアンテナである場合には、制御装置１７は、素子アンテナの給電位相を制御することによって、アンテナパターンの指向方向を制御する。あるいは、送受信アンテナ１６がジンバルなどに固定されて機械的に走査するものである場合には、制御装置１７は、ジンバルを制御することによってアンテナパターンの指向方向を制御する。
【００５９】
送受信アンテナ１６の偏波は、海面クラッタなどのようなクラッタ電力が低い偏波であることが望ましく、水平偏波、あるいは円偏波を用いることが望ましい。ただし、送受信アンテナ１６の偏波は、これらの偏波に限定されるものではない。
【００６０】
送受信アンテナ１６から空間に放射されたパルス信号は、観測対象によって散乱される。送受信アンテナ１６は、観測対象によって散乱されたパルス信号を受信すると、その受信パルス信号を、送受切換器１５を介して受信機１８に送る。受信機１８は、送受信アンテナ１６において受信された受信パルス信号に対する位相検波処理及びＡ／Ｄ変換処理を実施して、それぞれの受信パルス信号の振幅と位相を示すディジタル受信信号を出力し、レンジ圧縮手段１９に送る。
【００６１】
レンジ圧縮手段１９は、受信機１８からのディジタル受信信号に対してパルス圧縮処理を施し、高分解能なレンジプロフィールを生成する。さらに、レンジ圧縮手段１９は、生成したレンジプロフィールを記憶部であるメモリ２０に記憶させる。
【００６２】
制御装置１７は、アンテナパターンの指向方向を制御してエレベーション方向にビームを走査することにより、例えば、Ｍ通りのオフナディア角θＯｍ（ｍ＝１、２、・・・・、Ｍ）においてパルスの送受信を制御することができる。メモリ２０には、Ｍ通りのオフナディア角θＯｍのそれぞれについて、スラントレンジｒｎ（ｎ＝1、２、・・・、Ｎ；Ｎはレンジセル数）のレンジセルにおける受信信号Ｘｎ（θＯｍ）が蓄積される。
【００６３】
慣性航法装置２１は、航空機１に搭載され、位置情報の計測を行う。レーダ高度推定手段２２は、慣性航法装置２１によって計測された位置情報から、レーダ装置２の高度Ｈを算出する。あるいは、慣性航法装置２１によるレーダ装置２の高度Ｈの測定精度が充分に高くない場合には、レーダ高度推定手段２２は、メモリ２０に蓄積された受信信号Ｘｎ（θＯｍ）を利用して、次のようにしてレーダ装置２の高度Ｈを推定する。
【００６４】
まず、レーダ高度推定手段２２は、各オフナディア角θＯｍにおいて、反射電力が最大となるレンジｒｍを検出する。次に、レーダ高度推定手段２２は、オフナディア角がθＯｍの場合におけるレーダ装置２からビーム中心軸の直線が海面と交わる点までの距離がｒｍであるとみなして、次式（１４）によって高度Ｈの推定値を算出する。
【００６５】
【数１２】
2005326228.tif 000014
【００６６】
式（１４）は、非線型の最小二乗の式であり、レーダ高度推定手段２２は、慣性航法装置２１によるレーダの高度の測定を初期値として、反復的な解法によって高度Ｈの推定値を求める。このような推定機能を有することにより、レーダ高度推定手段２２は、慣性航法装置２１によるレーダ装置２の高度の測定精度が充分に高くない場合にも、受信信号Ｘｎ（θＯｍ）に基づいてレーダ装置２の高度Ｈを精度よく推定することができる。
【００６７】
次に、クラッタ照射パターン算出手段２３は、レーダ高度推定手段２２によって推定されたレーダ装置２の高度Ｈと、メモリ２０に蓄積されたレンジプロフィールの受信信号Ｘｎ（θＯｍ）に対応するオフナディア角θＯｍの情報とに基づいて、クラッタの照射パターンＡ'ｎ（θＯｍ）を式（８）によって求める。オフナディア角θＯｍの情報は、制御装置１７から提供することも可能である。
【００６８】
次に、クラッタ散乱断面積推定手段２４は、メモリ２０に蓄積されたレンジプロフィールの受信信号Ｘｎ（θＯｍ）と、クラッタ照射パターン算出手段２３によって算出されたクラッタの照射パターンＡ'ｎ（θＯｍ）とに基づいて、式（１１）によってｎ番目のレンジセルにおける単位面積当りのクラッタ散乱断面積ｓｎの大きさを推定する。
【００６９】
クラッタ抑圧手段２５は、クラッタ散乱断面積推定手段２４によって推定された単位面積当りのクラッタ散乱断面積ｓｎの値を用いて、式（１３）によってクラッタ電力を抑圧し、クラッタ抑圧信号Ｙｎ（θＯｍ）を出力する。
【００７０】
最後に目標検出手段２６は、クラッタ抑圧手段２５によって算出されたクラッタ抑圧信号Ｙｎ（θＯｍ）のうち、式（４）を満たすレンジに対して閾値処理などを適用して、電力のピークを検出する。目標検出手段２６は、このようにして検出されたピークを目標の信号と判定する。なお、ここでの目標検出のための閾値処理としては、例えば、広く用いられているＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）の処理を適用することが可能である。
【００７１】
実施の形態１によれば、航空機などに搭載したレーダ装置において、ビームをエレベーション方向に走査し、目標とクラッタのエコーをエレベーション方向に分離して目標を検出することにより、高仰角から海面や地表面上にある目標を検出することができる。さらに、既知のアンテナパターンとレーダ高度の測定値とから海面クラッタの信号を推定することができ、推定結果に基づいて海面クラッタの成分を抑圧したクラッタ抑圧信号に基づいて目標の検出を行うことができ、エレベーション方向のビーム幅が不十分である場合においても目標の検出性能を向上させることができる。
【００７２】
実施の形態２．
実施の形態１では、１つの送受信アンテナ１６を用いたレーダ装置について説明した。実施の形態２では、複数の偏波送受信アンテナを用いたレーダ装置について説明する。図５は、本発明の実施の形態２におけるレーダ装置の構成図である。図１のレーダ装置と比較すると、図５のレーダ装置は、送受信アンテナ１６の代わりに第１偏波送受信アンテナ２８及び第２偏波送受信アンテナ２９、及び偏波切換器２７を備えている。
【００７３】
また、図５のレーダ装置は、図１におけるクラッタ散乱断面積推定手段２４、クラッタ抑圧手段２５、目標検出手段２６の代わりに、複数偏波に対応した同様の手段として、それぞれ複数偏波クラッタ散乱断面積推定手段３０、複数偏波クラッタ抑圧手段３１、複数偏波目標検出手段３２を備えている。
【００７４】
第１偏波送受信アンテナ２８及び第２偏波送受信アンテナ２９は、互いの偏波特性が直交する特性を有している。なお、第１偏波送受信アンテナ２８及び第２偏波送受信アンテナ２９における偏波特性が直交する組み合わせとして、例えば、垂直偏波と水平偏波の組み合わせ、あるいは右旋円偏波と左旋円偏波の組み合わせなどが考えられる。
【００７５】
次に、動作について説明する。送信機１４は、広帯域パルスとしてパルス信号を生成すると、送受切換器１５を介してパルス信号を偏波切換器２７に送る。偏波切換器２７は、第１偏波送受信アンテナ２８を駆動することにより、そのパルス信号を第１偏波送受信アンテナ２８から空間に放射させる。第１偏波送受信アンテナ２８から空間に放射されたパルス信号は、観測対象によって散乱される。
【００７６】
偏波切換器２７が第１偏波送受信アンテナ２８と第２偏波送受信アンテナ２９の双方を駆動することにより、第１偏波送受信アンテナ２８と第２偏波送受信アンテナ２９は、観測対象によって散乱された散乱波をそれぞれ受信する。
【００７７】
第１偏波送受信アンテナ２８と第２偏波送受信アンテナ２９は、それぞれの受信信号を受信機１８に送る。受信機１８は、第１偏波送受信アンテナ２８と第２偏波送受信アンテナ２９において受信された受信信号のそれぞれに対する位相検波処理及びＡ／Ｄ変換処理を実施して、それぞれの受信信号の振幅と位相を示すディジタル受信信号を出力し、レンジ圧縮手段１９に送る。
【００７８】
レンジ圧縮手段１９は、受信機１８からのディジタル受信信号に対してパルス圧縮処理を施し、高分解能なレンジプロフィールを生成する。さらに、レンジ圧縮手段１９は、生成したレンジプロフィールを記憶部であるメモリ２０に記憶させる。
【００７９】
同様にして、送信機１４で生成した広帯域パルスを、送受切換器１５を介して偏波切換器２７に送り、これを第２偏波送受信アンテナ２８から放射して、観測対象によって散乱されたパルスを第１偏波送受信アンテナ２８と第２偏波送受信アンテナ２９において受信する。
【００８０】
第１偏波送受信アンテナ２８と第２偏波送受信アンテナ２９は、それぞれの受信信号を受信機１８に送る。受信機１８は、第１偏波送受信アンテナ２８と第２偏波送受信アンテナ２９において受信された受信信号のそれぞれに対する位相検波処理及びＡ／Ｄ変換処理を実施して、それぞれの受信信号の振幅と位相を示すディジタル受信信号を出力し、レンジ圧縮手段１９に送る。
【００８１】
レンジ圧縮手段１９は、受信機１８からのディジタル受信信号に対してパルス圧縮処理を施し、高分解能なレンジプロフィールを生成する。さらに、レンジ圧縮手段１９は、生成したレンジプロフィールを記憶部であるメモリ２０に記憶させる。
【００８２】
以上のパルス送受信において、制御装置１７は、ビーム中心の方向を所望の方向に向けるように第１偏波送受信アンテナ２８と第２偏波送受信アンテナ２９を制御する。ここでのアンテナパターンの指向方向の制御方法は、実施の形態１と同様であるが、第１偏波送受信アンテナ２８と第２偏波送受信アンテナ２９のアンテナパターンの指向方向が同じになるように制御することが望ましい。
【００８３】
なお、以下の説明において、「第１偏波送受信アンテナ２８で送信し、第１偏波送受信アンテナ２８で受信した信号」を「第１偏波チャネルの受信信号」、「第１偏波送受信アンテナ２８で送信し、第２偏波送受信アンテナ２９で受信した信号」を「第２偏波チャネルの受信信号」、「第２偏波送受信アンテナ２９で送信し、第１偏波送受信アンテナ２８で受信した信号」を「第３偏波チャネルの受信信号」、そして「第２偏波送受信アンテナ２９で送信し、第２偏波送受信アンテナ２９で受信した信号」を「第４偏波チャネルの受信信号」と定義する。
【００８４】
慣性航法装置２１、レーダ高度推定手段２２、クラッタ照射パターン算出手段２３の動作は、実施の形態１と同様であり、説明を省略する。次に、複数偏波クラッタ散乱断面積推定手段３０の動作について説明する。実施の形態１と同様に、制御装置１７は、アンテナパターンの指向方向を制御してエレベーション方向にビームを走査することができ、例えば、Ｍ通りのオフナディア角θＯｍ（ｍ＝１、２、・・・・、Ｍ）においてパルスの送受信を制御することとする。
【００８５】
このとき、メモリ２０には、Ｍ通りのオフナディア角θＯｍのそれぞれについて、スラントレンジｒｎ（ｎ＝1、２、・・・、Ｎ；Ｎはレンジセル数）のレンジセルにおける第１偏波チャネル〜第４偏波チャネルの受信信号が蓄積される。これらの受信信号を以下では、Ｘｋｎ（θＯｍ）（ｋ＝１、２、３、４；ｋは偏波チャネル番号）で表現する。
【００８６】
各レンジセルにおける受信信号を、次式（１５）のようなベクトル形式で表現する。
【００８７】
【数１３】
2005326228.tif 000015
【００８８】
ここで、ベクトルｋｎ（θＯｍ）のノルムは、オフナディア角θＯｍ、スラントレンジｒｎのレンジセルにおける観測対象の散乱の強度を表しており、ベクトルｋｎ（θＯｍ）の方向は、散乱の偏波特性を表す。
【００８９】
複数偏波クラッタ散乱断面積推定手段３０は、実施の形態１におけるクラッタ散乱断面積推定手段２４と同様にして、メモリ２０に蓄積されたレンジプロフィールの受信信号Ｘｋｎ（θＯｍ）（ｋ＝１、２、３、４；ｋは偏波チャネル番号）と、クラッタ照射パターン算出手段２３によって算出されたクラッタの照射パターンＡ'ｎ（θＯｍ）とに基づいて、次式（１６）によって、ｎ番目のレンジセルにおける第１偏波チャネル〜第４偏波チャネルの単位面積当りのクラッタ散乱断面積を並べたベクトルｓｎを推定する。
【００９０】
【数１４】
2005326228.tif 000016
【００９１】
さらに、複数偏波クラッタ散乱断面積推定手段３０は、ｎ番目のレンジセルにおける第１偏波チャネル〜第４偏波チャネルの単位面積当りのクラッタ散乱断面積の推定値を、複数偏波クラッタ抑圧手段３１に送る。複数偏波クラッタ抑圧手段３１は、複数偏波クラッタ散乱断面積推定手段３０によって推定された第１偏波チャネル〜第４偏波チャネルの単位面積当りのクラッタ散乱断面積の値を用いて、次式（１８）によってクラッタ成分を抑圧する。クラッタ抑圧後のクラッタ抑圧信号をχｎ（θＯｍ）と表す。
【００９２】
【数１５】
2005326228.tif 000017
【００９３】
式（１８）によれば、海面クラッタの偏波特性の推定値に一致した成分を抑圧するため、目標の偏波特性が海面の偏波特性と異なる場合には、偏波情報を利用しない場合に比べて検出確率を向上させることができる。
【００９４】
複数偏波目標検出手段３２は、複数偏波クラッタ抑圧手段３１によってクラッタが抑圧された後のクラッタ抑圧信号χｎ（θＯｍ）のノルムｐｎ（θＯｍ）を、次式（１９）によって算出する。
【００９５】
【数１６】
2005326228.tif 000018
【００９６】
複数偏波目標検出手段３２は、式（４）を満たすレンジに対して閾値処理などを適用して、ｐｎ（θＯｍ）のピークを検出する。複数偏波目標検出手段３２は、ここで検出されたピークを目標の信号と判定する。なお、ここでの目標検出のための閾値処理としては、実施の形態１と同様にＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）の処理を適用する。
【００９７】
実施の形態２によれば、互いに偏波特性の直交する２つのアンテナでパルスの送受信を行い、観測対象の偏波特性を観測した上で、海面クラッタの偏波特性の推定値に一致した成分を抑圧するため、目標の偏波特性が海面の偏波特性と異なる場合に、偏波情報を利用しない場合に比べて検出確率を向上させることができる。
【００９８】
実施の形態３．
実施の形態３では、実施の形態１のレーダ装置に対して、さらに表示機能を付加した場合について説明する。図６は、本発明の実施の形態３におけるレーダ装置の構成図である。図１のレーダ装置と比較すると、図６のレーダ装置は、水平鉛直画像生成手段３３及び表示手段３４をさらに備えている。クラッタ散乱断面積推定手段２４によって単位面積当りのクラッタ散乱断面積ｓｎが推定され、クラッタ抑圧手段２５によってクラッタ抑圧信号を算出するまでは、実施の形態１と同じであり、説明を省略する。
【００９９】
ビーム中心のオフナディア角θＯｍとスラントレンジｒｎの点は、レーダ装置からの水平方向の距離ｘと鉛直方向の距離ｙで表現すると、次式（２０）の関係が成立する。
【０１００】
【数１７】
2005326228.tif 000019
【０１０１】
水平鉛直画像生成手段３３は、クラッタ抑圧手段２５によって算出されたクラッタ抑圧信号に基づいて、オフナディア角θＯｍとスラントレンジｒｍの２次元配列を求める。さらに、水平鉛直画像生成手段３３は、オフナディア角θＯｍとスラントレンジｒｍの２次元配列として算出されたクラッタ抑圧信号を、式（２０）にしたがって水平方向の距離ｘと鉛直方向の距離ｙの２次元配列に変換する。
【０１０２】
なお、この変換処理においては、バイリニア法やバイキュービック法などの補間処理を併用する。表示手段３４は、水平鉛直画像生成手段３３から出力された２次元配列に基づいて水平鉛直画像を表示する。また、目標検出手段２６における目標検出結果を併せて表示してもよい。なお、クラッタ抑圧前の受信電力、クラッタ抑圧後の電力を切り換えて表示するなどの変形は容易である。
【０１０３】
実施の形態３によれば、画像の横軸と縦軸がそれぞれ水平、鉛直方向になるようにしてクラッタ抑圧信号を表示することができ、オペレータの視認性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の実施の形態１におけるレーダ装置の観測方法及び基本原理の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態１において角θをパラメータとしたときの到来角度差Δθと高度ｈとの関係を示した図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるアンテナパターン、レンジ分解能、及びクラッタ照射面積の関係を示した説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１におけるレーダ装置の構成図である。
【図５】本発明の実施の形態２におけるレーダ装置の構成図である。
【図６】本発明の実施の形態３におけるレーダ装置の構成図である。
【符号の説明】
【０１０５】
２  レーダ装置、１４  送信機、１５  送受切換器、１６  送受信アンテナ、１７  制御装置、１８  受信機、１９  レンジ圧縮手段、２０  メモリ（記憶部）、２１  慣性航法装置、２２  レーダ高度推定手段、２３  クラッタ照射パターン算出手段、２４  クラッタ散乱断面積推定手段、２５  クラッタ抑圧手段、２６  目標検出手段、２７  偏波切換器、２８  第１偏波送受信アンテナ、２９  第２偏波送受信アンテナ、３０  複数偏波クラッタ散乱断面積推定手段（クラッタ散乱断面積推定手段）、３１  複数偏波クラッタ抑圧手段（クラッタ抑圧手段）、３２  複数偏波目標検出手段（目標検出手段）、３３  水平鉛直画像生成手段、３４  表示手段。
【図１】
2005326228.tif 000020
【図２】
2005326228.tif 000021
【図３】
2005326228.tif 000022
【図４】
2005326228.tif 000023
【図５】
2005326228.tif 000024
【図６】
2005326228.tif 000025